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作者：刘骏，常江，高杨 （国家广播电视总局广播电视规划院，北京 100866） 随着5G时代的临近，基于移动通信的地面广播技术不断受到关注，本文介绍了其发展过程、5G广播技术方案、目前产业和试验情况，分析了5G广播与传统广播电视的关系，提出了5G广播与传统广播电视协同的发展方向。 eMBMS，EnTV，5G广播 地面电视广播作为一种传统的广播电视传输技术一直在持续发展，从模拟传输技术到数字传输技术，再从DVB-T/ATSC/ISDB-T/DTMB等第一代地面数字电视技术发展到DVB-T2，ATSC3.0等第二代地面数字电视技术，目前，传统意义上的地面数字电视广播传输技术目前已经发展得日趋完备，但是随着移动视频业务的迅速发展，传统的广播电视网越来越难以满足广大消费者的需求，迫切需要一种交互式的地面数字电视广播技术来提供宽带双向视频业务。 与此同时，从 3GPP组织在Rel-6中第一次提出MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Services）技术到Rel-14中的EnTV（Enhancement for TV Service）技术，伴随着移动通信的迅速发展，移动通信中的广播技术也在不断的进步，并且越来越接近传统地面数字电视广播的传输能力，从而对传统的地面数字电视广播技术带来了新的挑战。 挑战总是与机遇并存，一直以来，如何通过广播方式将电视节目内容传入到移动终端中，始终是是广播电视行业的痛点。利用移动通信中的广播技术，以一种交互式的地面数字电视广播方式来将广播电视业务送达手机等移动终端，也许可以作为解决上述问题的一种可行的技术手段。 1 移动通信中的广播技术发展历程 2004年，3GPP组织在Rel-6中第一次引入了基于3G的MBMS技术，为了实现在特定范围内提供单点对多点的业务传输。2007年，在3GPP的在Rel-7中更进一步定义了基于单频网工作模式MBSFN（Multicast Broadcast Single Frequency Network）的MBMS，就是在同一时间以相同频率在多个小区进行同步传输。MBSFN的引入解决了MBMS在小区边界的信号覆盖问题，提高了服务效率。 随着LTE（4G）标准的研究演进，2009年，3GPP组织在Rel-9中提出了eMBMS（Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Services）技术，进一步提高了MBMS传输性能。随着研究的深入，在后续的Rel-10，Rel-11，Rel-12等版本中，3GPP又陆续新增了计数功能和接纳控制功能、引入了传统地面数字电视广播技术中的循环前缀（CP，Cyclic Prefix）技术以支持更大范围的MBSFN。但由于技术的局限性，在eMBMS系统中只有60%的子帧能够分配给MBMS业务，并且不能够支持高码率传输。因此，虽然产业界做了一定程度的支持，但目前只有澳大利亚、印度等少数国家开展了商业应用。 为了进一步提高MBMS技术的传输性能，2017年，3GPP组织在Rel-14中引入了基于LTE的EnTV （Enhanced TV）技术。单频网循环前缀（SFN CP）的长度进一步扩大到200μs，以便支持更大范围单频网的组建。EnTV提供了不依靠sim卡的单收模式（Receive-Only Mode），支持高清、超高清业务的传输，自带系统信息和同步信号，同时引入了多种传统的地面数字电视广播技术，使得EnTV的频率使用效率得到了更进一步的提升，从而能够更好得满足MBMS业务的应用需求。 2 5G广播的产业发展 3GPP Rel-6提出的MBMS技术支持在蜂窝系统中建设多播/广播网络，实现在单一网络中同时提供多播/广播以及单播服务。在3GPP Rel-9中，正式确定将改进的MBMS技术eMBMS作为LTE的广播技术；之后随着LTE技术的不断演进，eMBMS在每一个3GPP的版本中都有不同程度的改进，在3GPP Rel-14之中，EnTV技术被作为演进后的eMBMS被确定在标准中，业界也有人称其为FeMBMS（Forward Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Services）。需要说明的是，由于业界将2018年3GPP Rel-15版本之后的版本认为是5G技术，可见，目前“5G广播”泛指的是从3GPP Rel-9一路演进至今的LTE广播技术，而基于5G-NR的广播技术，尚未在3GPP中立项。目前，各方正继续改进LTE广播方案，力争于2019年底将广播模式写入3GPP Rel-16中。 目前全球范围内，5G广播应用尚未正式启动，相比5G通信，5G广播的产业化相对滞后，无论是基站侧和终端侧（基带芯片和手机终端）都严重缺乏可商用的产品，特别是基于Rel-14及以上版本的适合、广电发射塔广播模式的产品，更是无任何成熟设备可用。 3 5G广播技术架构 5G广播的技术架构图见图1。5G广播系统可以使用LTE数据业务的通用网元，同时，新增了BM-SC、MBMS GW、MCE三个网元以支持eMBMS业务。BM-SC (广播多播业务中心，Broadcast Multicast Service Center)负责提供用户管理、会话传输、业务声明、安全管理和内容同步等功能；MBMS GW(eMBMS网关)负责将用户面的数据以IP组播流的形式传送到基站，同时通过MME处理接入网中MBMS业务的会话控制信令；MCE(组播协调实体，Multi-cell/multicast Coordination Entity)负责为eMBMS分配时域和频域资源，并确定无线信道的编码和调制方式，MCE既可以是独立实体，也可以作为逻辑实体实现在基站中。 在组网方式上，5G广播既可以支持单频网组网方式（MBSFN），使多个小区组成更大范围的单频网；也可以支持单小区广播（SC-PTM）的组网方式，在单小区进行广播。 4 5G广播试验情况 目前5G广播在全球尚无商业运营案例，但是广播电视行业都对此技术表示出兴趣，开展了一些试验，主要集中在欧洲，频段集中在700MHz频段，以下列举一些试验情况： 1. 5G Today 项目，该项目由德国巴伐利亚研究基金会支持，持续28个月，2017年7月1日至2019年10月31日，由德国广播技术研究所IRT，凯瑟琳和罗德与施瓦茨公司参与。2018年12月，在德国巴伐利亚Wendelstein广播发射塔发射了EnTV广播信号，2019年2月，慕尼黑发射塔发射，使用频率为754MHz（56频道），发射功率5kW（100kW ERP），巴伐利亚广播公司提供传输内容和控制发射网络。项目分成了四个工作组，需求与系统构架组，理论研究与仿真组，协议实现组，外场试验和结果分析组。RS公司提供发射机，IRT提供基于SDR（软件无线电）和Open Air Interface的接收机，凯瑟琳提供全向天线和测试系统。 2. 5G RuralFirst项目，英国的试验项目，由思科和思克莱德大学主导，在奥克尼群岛开展试点。广播内容提供商BBC是此项目中的积极推动者，他们认为未来的音频广播将越来越多在互联网传播，所以想积极参与，希望用5G传输传统音频广播。 除此之外，还有WIVE（Wireless for Verticals）项目（芬兰）、5G eMBMS Demo项目（芬兰）、TV via LTE-B项目（挪威）等，都在700MHz频段积极开展相关实验，试图探索基于eMBMS技术的广播应用。 5 5G广播与广播电视 在地面数字电视广播领域，其实已经有了非常优秀的技术标准，例如美国的ATSC3.0，欧洲的DVB-T/T2以及我国的DTMB等等，但是之所以现在大家把目光焦点放在了EnTV技术，其实是想利用3GPP标准的全球通用性，尽快将广播电视内容送入手机等移动终端。但是凡事有利必有弊，采用EnTV技术，可以和移动通信技术更好的融合，这是以牺牲覆盖效率为代价的，表1列举了DVB-T2与EnTV相对比，在同等接收载噪比门限条件下的有效码率损失。 面对广播电视能快速进入移动终端这个巨大市场的诱惑，即使需要付出传输效率损失的代价，广播电视行业依然考虑尝试以基于移动通信的地面广播技术传输广播电视节目，这就是为什么在3GPP的Rel-16中，由部分广播领域的科研机构和运营商推动开展了基于LTE的 5G广播的研究立项和标准立项。 从产业发展来看，无论是EnTV还是之前更早的eMBMS甚至MBMS，在全世界范围内，都鲜有成功的商业运营案例，这其中的原因也需要广播电视行业从业人员仔细考虑。业界普遍认为“性价比”是阻碍基于移动通信的地面广播技术发展的最主要原因。 基于移动通信的地面广播技术，如EnTV，也是考虑用广播方式，高效的为多数人提供视频和数据服务。但这并非是运营商目前的痛点，4G时代一个移动通信基站覆盖的范围大多为几百米，在这几百米范围内，如果同时观看同一个视频服务的用户数量不能达到一定的量级，那么用点播方式完全能够提供用户的服务。此外，从经济上看，运营商为大范围广播业务所需的投资性价比不高，为了支持广播服务而在硬件软件方面所做的投入，短期内并不能很快产生经济效益。因此，虽然移动通信运营商认可以广播方式提供视频业务是一个有效的手段，但是奈何移动通信网络并不具备“广播基因”，多年来未实际推动该技术的应用落地。 而另一方面，对于传统广播电视行业，“广播基因”是其最大的特点，广播电视网络一直以来都是利用较高的发射塔为几十公里甚至几百公里的覆盖范围提供广播服务的。只有在广覆盖下，才能保证有一定数量级的用户在同一时间使用同样的业务，这时广播技术中节约频率资源、节省发射功率的优势才能体现，才能保证之前所说的高“性价比”。因此，利用将广播电视网络的大塔和移动通信网络的小塔结合，使用大塔提供广域覆盖能力，使用小塔提供双向交互能力和小区域覆盖增强能力，是实现基于移动通信的地面广播技术能够被广泛应用的合理方式。 6 总结 随着智能手机、投屏技术、VR/AR显示等技术的发展，用手机观看短视频、高质量投屏和沉浸式视频逐步成为热点；与此同时，运营商也在努力从简单的管道服务向综合视频业务运营的转变（如中国移动咪咕视频），运营商将越发重视管道使用的效率及管道与内容的适配，迫切需要实现广播电视信号人人通、终端通，但仅仅依靠移动蜂窝网络和运营商，恐怕难以单独实现。相信在未来，通过与传统广播电视行业深度结合后，基于移动通信的地面广播技术会得到巨大的发展，为广大用户提供高品质的音视频服务。 参考文献 [1] Fay L, Michael L, Gómez-Barquero D, et al. 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